Vai trò của than chì trong thiết bị quang điện
Công nghệ quang điện-thế hệ tiếp theo cần vật liệu điện cực kết hợp tính dẫn điện cao, độ ổn định hóa học, chi phí thấp và khả năng tương thích với quy mô sản xuất-lớn. Vật liệu than chì và các vật liệu dựa trên cacbon-khác đáp ứng sự kết hợp đó trong một số loại thiết bị, trên hết là trong pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm- (DSSC) và pin mặt trời perovskite, nơi chúng đóng vai trò là điện cực đếm, điện cực sau hoặc lớp dẫn điện và giảm sự phụ thuộc vào bạch kim và vàng.
Độ dẫn điện cao và truyền điện tích hiệu quả
Điện cực than chì thu thập các electron, làm giảm điện trở nối tiếp và cải thiện sự vận chuyển điện tích giữa các lớp của thiết bị. Trong tế bào nhạy cảm với thuốc nhuộm-, điện cực đếm than chì xúc tác quá trình khử ion tri-iođua trong chất điện phân, đóng chu trình chuyển điện tử để tế bào có thể tiếp tục hoạt động. Trong pin perovskite, điện cực phía sau than chì sẽ chiết điện tích từ lớp perovskite và do nó trơ về mặt hóa học đối với hóa chất halogenua nên nó cũng cải thiện độ ổn định của thiết bị hoàn thiện.
Cấu trúc chi phí và khả năng tương thích với sản xuất có thể mở rộng
Bạch kim và vàng là các vật liệu điện cực phản truyền thống trong tế bào nhạy cảm với thuốc nhuộm{0}}và giá thành của chúng là rào cản đối với sản xuất thương mại. Than chì thay đổi cách tính toán đó và nó cũng phù hợp với các phương pháp lắng đọng đã được sử dụng trên các dòng mô-đun: in lụa, phủ, lắng đọng và cán màng-dựa trên mực.
Mô-đun quang điện diện tích lớn-được chế tạo trên các lớp cacbon được in.
Pin mặt trời linh hoạt trên nền polyme hoặc lá kim loại.
Hệ thống năng lượng mặt trời-chi phí thấp dành cho thế hệ phân tán.
Sản xuất ở quy mô-thương mại với các bước quy trình đơn giản, có thể lặp lại.
Độ ổn định hóa học và điện hóa
Tuổi thọ sử dụng lâu dài là yêu cầu trọng tâm đối với các điện cực pin mặt trời. Than chì chống lại sự phân hủy hóa học và duy trì hiệu suất của nó trong điều kiện hoạt động quang điện. Trong các tế bào nhạy cảm với thuốc nhuộm-nó tương thích với hệ thống điện phân iodua và tri-iodide và thể hiện hoạt tính xúc tác tốt cho phản ứng khử tri-iodide. Trong các thiết bị perovskite, điện cực carbon hạn chế các vấn đề liên quan đến ăn mòn điện cực kim loại, độ nhạy ẩm và sự di chuyển ion, tất cả đều rút ngắn tuổi thọ của các tế bào được chế tạo trên các điểm tiếp xúc kim loại.
Ứng dụng trên các công nghệ pin mặt trời
| Tài sản | Ưu điểm trên thiết bị |
|---|---|
| Độ dẫn điện cao | Thu phí hiệu quả và điện trở loạt thấp hơn |
| Chi phí vật liệu thấp | Giảm chi phí vật liệu điện cực so với kim loại quý |
| Tính ổn định hóa học | Hoạt động lâu dài-tốt hơn và xuống cấp chậm hơn |
| Khả năng tương thích in ấn | Thích hợp cho việc sản xuất mô-đun có thể mở rộng |
| Cấu trúc dựa trên carbon | Một lựa chọn vật liệu bền vững và có sẵn rộng rãi |
Trong pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm-, lớp than chì hoặc carbon đóng vai trò là điện cực đối nghịch: nó xúc tác cho phản ứng oxi hóa khử chất điện phân, thu thập các electron và thay thế bạch kim, giúp giảm giá thành của pin. Trong pin mặt trời perovskite, than chì được sử dụng làm điện cực phía sau mang lại độ dẫn điện tốt, độ ổn định hóa học được cải thiện, khả năng tương thích với chế tạo-chi phí thấp và là đường dẫn đến các mô-đun diện tích-lớn.
Triển vọng về điện cực cacbon trong quang điện
Ngành công nghiệp quang điện tiếp tục hướng tới các vật liệu có giá cả phải chăng hơn, dễ sản xuất hơn, vận hành ổn định hơn và phù hợp hơn với sản xuất hàng loạt. Điện cực than chì đáp ứng từng yêu cầu đó, khiến chúng trở thành lựa chọn thiết thực cho các cấu trúc thiết bị mới nổi và nhạy cảm về chi phí, đồng thời là lĩnh vực phát triển tích cực cho cả tế bào thí nghiệm và mô-đun in. Các loại, kích thước hạt và hệ thống chất kết dính khác nhau được sử dụng tùy thuộc vào phương pháp lắng đọng và độ dẫn mục tiêu, do đó việc lựa chọn điện cực thường được thực hiện cùng với quy trình thiết bị.
Câu hỏi thường gặp
Hỏi: Tại sao than chì được sử dụng làm điện cực trong pin mặt trời?
Nó kết hợp tính dẫn điện cao với độ ổn định hóa học và chi phí thấp, đồng thời nó có thể được lắng đọng bằng các phương pháp in và phủ đã được sử dụng trong sản xuất mô-đun.
Hỏi: Những loại pin mặt trời nào sử dụng điện cực than chì?
Pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm-sử dụng điện cực phản than chì và pin mặt trời perovskite sử dụng điện cực ngược than chì hoặc cacbon; các thiết bị dựa trên carbon-khác đang được phát triển.
Hỏi: Than chì có thể thay thế bạch kim trong pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm không?
Trong nhiều thiết kế tế bào, điện cực đếm than chì hoặc carbon thay thế bạch kim và vẫn xúc tác cho phản ứng khử tri{0}iođua, giúp giảm chi phí vật liệu của thiết bị.
Hỏi: Điện cực carbon cải thiện độ ổn định của perovskite như thế nào?
Trơ về mặt hóa học, nó tránh được các vấn đề ăn mòn, nhạy cảm với độ ẩm và di chuyển ion liên quan đến các điểm tiếp xúc phía sau bằng kim loại, do đó thiết bị xuống cấp chậm hơn khi hoạt động.
Hỏi: Than chì có đủ dẫn điện cho các điện cực pin mặt trời không?
Có cho nhiệm vụ điện cực đếm và ngược. Độ dẫn điện được điều chỉnh thông qua cấp độ than chì, kích thước hạt và độ dày lớp để phù hợp với yêu cầu thu gom hiện tại của tế bào.
Hỏi: Điện cực than chì được ứng dụng trong sản xuất như thế nào?
In lụa, phủ, lắng đọng và cán màng dựa trên mực in đều được sử dụng, tất cả đều phù hợp với diện tích-lớn và chất nền linh hoạt trong một quy trình liên tục.